Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания» специальность: «Менеджмент организации»



Скачать 473.62 Kb.
страница4/15
Дата23.04.2016
Размер473.62 Kb.
ТипУчебно-методический комплекс
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15

Вопросы для самопроверки:

  1. Что такое микромир?

  2. Что такое макромир?

  3. Что такое мегамир?

  4. Расскажите о физическом вакууме.

  5. Что вы знаете о квантовой физике?

  6. Что вы знаете об атомах, молекулах?

  7. Какие космические тела вы знаете?

  8. Назовите группы галактик.

  9. Расскажите о Вселенной.

Лекция 8. Пространство и время

Вопросы для рассмотрения: Понятие пространства. Понятие о времени. Свойства пространства и времени. Обратимость пространства и времени. Статистическая концепция времени. Динамическая концепция времени. Виды пространства и времени.

Для обыденных житейских представлений пространство и время – нечто привычное, известное и очевидное. С самых первых дней после своего появления на свет человек начинает осознавать, что существуют разные направления в окружающем его мире. Вначале – это верх и низ, правая и левая сторона. Позже осознается факт, что любой предмет занимает определенное место относительно других объектов, граничит с ними. Так постепенно, через осознание предельно общих свойств, отражающих структурную организацию окружающего нас мира, на основе наблюдений и практического использования объектов, их объема и протяженности складывается понятие пространства.

Понятие о времени также складывается еще в детском возрасте, но позже, чем представление о пространстве. Сначала ребенок начинает замечать смену дня и ночи. Несколько позже становится понятным деление суток на утро, день, вечер и ночь. Тогда же появляется представление о течении времени, о существовании сегодняшнего, вчерашнего и завтрашнего дней. Еще позже осознается возможность выделения как более коротких (час, минута, секунда), так и более длинных промежутков времени (месяц, год). Представление о времени складывается на основе восприятия человеком смены событий, состояний предметов и круговорота различных процессов.

Достаточно быстро человек осознает, что пространство и время очень тесно взаимосвязаны друг с другом. Ведь время можно характеризовать мерами пространства – расстоянием, а расстояние – мерами времени. Так, время можно измерять относительным положением стрелок на циферблате часов, расстояние – временем, которое потребуется на дорогу до какого-либо объекта (пять минут ходьбы от метро).

В современной математике пространство определяют как множество каких-либо объектов, которые называют его точками. Ими могут быть геометрические фигуры, функции, состояния физической системы и т.д. Рассматривая их множество как пространство, отвлекаются от всяких их свойств и учитывают только те свойства их совокупности, которые определяются принятыми во внимание или введенными (по определению) отношениями. Эти отношения между точками и теми или иными фигурами, то есть множествами точек, определяют "геометрию пространства".

Поскольку пространство и время неотделимы от материи, то правильнее было бы говорить о пространственно-временных свойствах. Но при познании пространства и времени люди часто абстрагируются от их материального содержания, рассматривая их как самостоятельные формы бытия. В таком случае выделяют:

· всеобщие свойства пространства и времени – к ним относятся такие пространственно-временные характеристики, которые проявляются на всех структурных уровнях материи, неразрывно связаны с другими ее атрибутами;

· общие свойства пространства и общие свойства времени – они обычно выделяются в научных и учебных целях;

· специфические (локальные) свойства пространства и времени – они проявляются лишь на некоторых структурных уровнях, присущи только некоторым классам явлений.

Чаще всего обсуждают проблему обратимости пространства-времени. Обратимость пространства и времени – свойство, тесно связанное с симметрией. В каждую точку пространства можно возвращаться снова и снова. В этом отношении пространство является как бы обратимым. Что касается времени, то обычно подчеркивается его необратимость, означающая однонаправленное изменение от прошлого к будущему: нельзя возвратиться назад в какую-либо точку времени, но нельзя и перескочить через какой-либо временной промежуток в будущее. Отсюда делается вывод, что время составляет как бы рамки для причинно-следственных связей.

Решение проблемы обратимости предполагает рассмотрение двух противоположных концепций – статической и динамической. Согласно статической концепции времени, события прошлого, настоящего и будущего существуют одновременно. Кроме того, все физические законы инвариантны относительно замены знака времени, поскольку время в уравнениях движения классической и квантовой механики берется в квадрате. Это наводит на мысль, что все физические процессы могут происходить одинаково как в прямом направлении, так и в обратном. Если это действительно так, то имеется принципиальная возможность, перемещаясь во времени, оказываться в событиях прошлого или будущего, а также возвращаться из них в настоящее. Статическая концепция допускает возможность построения "машины времени" и некоторые другие эффекты и парадоксы. Так, если течение времени зависит от скорости движения его носителя, то можно принять "парадокс близнецов" в теории относительности: возвратившийся из космического путешествия космонавт по существу попадает в свое будущее, а его брат, оставшийся на Земле, встречается со своим прошлым. Эти события происходят одновременно, т.е. в некоторый момент времени встречаются настоящее с прошлым и настоящее с будущим. В такой встрече отсутствует симметрия. Еще один пример: свет от различных звезд долетает до нас за разные интервалы времени; следовательно, об их современном состоянии мы ничего не знаем, а изучаем их далекое прошлое, принимая его за настоящее.

В науках о Земле также обсуждаются подобные явления. Еще в 1938 г. академик К. К. Марков описал явление, которое он назвал метахронностью. Оно проявляется в том, что наступление и чередование фаз и стадий развития геосистем происходят несинхронно в разных частях земного шара, даже если эти геосистемы располагаются на одной широте. Например, установлено, что формирование ледникового щита Антарктиды началось значительно раньше, чем оледенение в Северном полушарии. Обсуждают также явление полихронности, которое предполагает одновременное наличие нескольких пластов времени в одном объекте. Все они существуют в настоящем, но, располагая их в некоторой хронологической последовательности, можно самые древние из них называть прошлым, средней давности – настоящим, а самые молодые – будущим. Полихронность свойственна многим природным явлениям. Поэтому статическая концепция не так уж нелепа, как ее иногда пытаются представить.

Динамическая концепция времени противоположна статической: в ней есть лишь настоящее, прошлое существовало, а будущее только еще будет существовать. К прошлому относятся все те события, которые уже осуществились и превратились в последующие. Будущие события – это те, которые возникнут из настоящих и непосредственно предшествующих им событий. Настоящее охватывает все те явления, которые реально существуют и способны к взаимодействию между собой. Взаимодействие возможно лишь при одновременном сосуществовании объектов. В рамках динамической концепции невозможно построение "машины времени" для перемещения в прошлое и будущее. Если бы путешествие в прошлое было реально возможным, тогда, дойдя до некоторого момента, "машина времени" исчезла бы вместе с экипажем, поскольку в прошлом их реально не существовало. А при путешествии в будущее надо еще воссоздать некоторый будущий мир из ничего, куда-то "спрятав" существующий мир, чтобы затем возвратиться в него. С этой концепцией связана неопределенность понятия настоящего, поскольку неясно, какой именно отрезок времени можно считать настоящим – миг, день или более продолжительное время.

Представление о настоящем можно предельно сузить, выбирая все более и более короткие отрезки времени и доведя их до интервала, достаточного для того, чтобы его невозможно было принять за настоящее. Появляется ощущение, что нет не только прошлого и будущего, но и настоящего. Все, что было, – уже прошлое, все последующее – еще в будущем. Но настоящее может быть и расширено в зависимости от сопоставляемых интервалов и масштабов события до часа, дня, года и т.д. Обычно говорят, что для объектов и явлений настоящее время охватывает тот интервал, в течение которого они физически могут взаимодействовать между собой путем обмена веществом и энергией. Если бы скорость распространения воздействий была бесконечной, то это настоящее представляло бы собой сколь угодно малый миг, дающий мгновенное сечение всех событий во Вселенной – настоящих, прошлых и будущих. Но скорость распространения воздействий конечна и, по современным представлениям, не превышает скорости света в вакууме. Поэтому физически проявляющееся во взаимодействиях настоящее материальных систем охватывает тот временной интервал, в течение которого они способны взаимодействовать. Для элементарных частиц это будут очень малые отрезки времени, но для Галактики они возрастают до десятков тысяч лет. Внутри этого настоящего для крупных систем могут укладываться события прошлого, настоящего и будущего малых систем, существующих намного меньшее время. Только сейчас мы воспринимаем излучение от звезд и галактик, испущенное тысячи и миллионы лет назад. Взаимодействия между ними могут осуществляться в течение миллионов лет в обоих направлениях. Отсюда следует относительность понятия настоящего. При этом из систем будущего никаких воздействий и информации не может поступать, ибо они еще не возникли, не обладают реальным существованием. Действие всегда происходит только в одном направлении: от прошлого к настоящему и от настоящего к ближайшему будущему, в которое настоящее переходит, но никогда наоборот. Последнее исключается законом причинности.

В современной науке используются такие понятия, как физическое, геологическое, географическое, биологическое, психологическое, социальное и другие виды пространства и времени. Биологическое пространство и время характеризуют специфические пространственно-временные свойства параметров органической материи: асимметрию расположения атомов в молекулах белка и нуклеиновых кислот; собственные временные ритмы и темпы изменения внутриорганизменных и надорганизменных биосистем; взаимосвязь и синхронизацию ритмов друг с другом, а также с вращением Земли вокруг оси и сменой времен года.



Психологическое пространство и время характеризуют основные структуры пространства и времени, связанные с восприятием и так называемыми перцептивными (вкусовыми, визуальными и т.д.) полями. Исследователями выявлены неоднородность перцептивного пространства, его асимметрия, эффект обратимости времени в бессознательных и транспсихических процессах, а также синхронизм психических процессов, состоящий в одновременном параллельном проявлении идентичных психических переживаний у двух или нескольких человек. Для иллюстрации психологического времени можно привести широко известное высказывание немецкого философа А. Шопенгауэра о том, что в детстве время идет очень медленно, в юности быстрее, но все равно еле "передвигает ноги", в зрелом возрасте оно уже "идет в ногу" со старением, а в старости мчится, как стрела. Каждый человек испытывал моменты, когда время "мчится, как стрела" или "тянется, как резина". Проиллюстрировать различное восприятие пространства можно, например, напомнив о том, что одно и то же помещение одним людям может казаться большим, а другим – маленьким.

Кроме рассмотренных типов пространства и времени в литературе обсуждаются проблемы геологического, географического, социального и других типов пространств и времен, выделяются их специфические черты и характерные особенности. При этом обычно анализируются неоднородность пространственно-временных структур, специфические пространственные отношения между элементами, ритмы и темпы изменения, ускорение или замедление темпов развития рассматриваемых в конкретной отрасли естествознания объектов.



Вопросы для самопроверки:

  1. Что такое пространство?

  2. Что такое время?

  3. Назовите свойства пространства и времени.

  4. Назовите виды пространства и времени.

Лекция 9. Теория относительности

Вопросы для рассмотрения: Понятие относительности. Принцип относительности Энштейна. Вклад ученых в теорию относительности.

Классический принцип относительности, который был сформулирован еще Галилео Галилеем, утверждает: "Никакими механическими опытами, произведенными в инерциальной системе отсчета, невозможно определить, движется ли эта система равномерно и прямолинейно, или находится в покое". Принцип относительности Галилея очень прост и всего лишь заявляет, что между покоем и движением, если оно прямолинейно и равномерно, нет никакой принципиальной разницы. Он может быть проиллюстрирован наглядными примерами. Так, путешественник в закрытой каюте спокойно плывущего корабля не замечает никаких признаков движения. Если на том же корабле подбросить мячик прямо вверх, он упадет прямо вниз, а не отстанет от корабля, не упадет ближе к корме. Для нашего путешественника книга, лежащая у него в каюте на столе, покоится, но для человека на берегу эта книга плывет вместе с кораблем. В данном примере бессмысленно спорить, движется или покоится книга. Такой спор – пустая трата времени. Наблюдателям нужно лишь согласовать свои позиции и признать, что книга покоится относительно корабля и движется относительно берега вместе с кораблем.

Таким образом, слово "относительность" в названии принципа Галилея не скрывает в себе ничего особенного. Оно не имеет никакого иного смысла, кроме того, который мы вкладываем в утверждение, что движение или покой – всегда движение или покой относительно чего-то, что служит нам системой отсчета. Это, конечно, не означает, что между покоем и равномерным движением нет никакой разницы. Но понятия покоя и движения приобретают смысл лишь тогда, когда указана точка отсчета.

Альберт Эйнштейн развил классический принцип относительности и пришел к выводу, что этот принцип является всеобщим, действует не только в механике, но и в электродинамике. Принцип относительности Эйнштейна гласит: "Никакими физическими опытами, произведенными в инерциальной системе отсчета, невозможно определить, движется ли эта система равномерно и прямолинейно, или находится в покое". Не только механические, но и все физические законы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета.

Эйнштейну приписывается фраза: "Прости меня, Ньютон". За что великий физик одной эпохи просил прощения у великого физика другой эпохи? Может быть, за то, что одному из них пришлось исправлять другого? Ведь Эйнштейн, вскрыв закономерности развития физического мира, наглядно продемонстрировал незавершенность казавшейся незыблемой механики Ньютона. Эйнштейн – физик, развил и дополнил физика Ньютона.

Хотя для Эйнштейна областью приложения знаний всегда была физика, он ставил перед собой вопросы, ответы на которые требовали энциклопедических подходов. Принципы относительности в виде теоретических построений из физики распространяются на все другие формы бытия материи. Например, уже сейчас они широко используются в биологии. Есть примеры их применения в социологии, политологии и т.д. По крайней мере, следствием развития принципов относительности уже является существенное изменение философского фундамента всей науки. В целом эта работа определила третью и нынешнюю четвертую революции в естествознании за счет создания специальной и общей теории относительности. Эти теории позволяют говорить, как минимум, о физических процессах как о свойствах пространства-времени.

Теория относительности стала результатом обобщения и синтеза классической механики Ньютона и электродинамики Максвелла, между которыми с середины XIX века возникли серьезные противоречия. В то время в механике господствовал классический принцип относительности Галилея, утверждавший равноправность всех инерциальных систем отсчета, а в электродинамике – концепция эфира – ненаблюдаемой среды, заполняющей мировое пространство, являющейся абсолютной системой координат. Иными словами, в электродинамике выделялась одна система координат, имевшая предпочтение перед всеми другими.

Существование эфира долгое время не подвергалось сомнению. Более того, после выдвинутого Максвеллом предложения, что свет – это электромагнитная волна, распространяющаяся в мировом эфире, казалось, позиции сторонников эфирной теории еще больше укрепились. Не хватало лишь решающего эксперимента, который доказал бы, что наша планета движется сквозь эфир. Считалось, что при этом порождается "эфирный ветер", сносящий свет, испускаемый источником на Земле, в направлении против движения нашей планеты. Поскольку скорость движения Земли вокруг Солнца составляет 30 км/с, то скорость света должна была уменьшиться на эту же величину. Такой эксперимент был проведен в 1887 г. А. Майкельсоном и Э. Морли. Они попытались обнаружить теоретически предсказанное смещение. Точность эксперимента для того времени была очень высока, но никакого "эфирного ветра" им обнаружить не удалось. Таким образом, опыт Майкельсона-Морли показал независимость скорости света от движения Земли. Отрицательный результат эксперимента, было невозможно объяснить ни в рамках классической механики, ни в рамках электродинамики. Получалось, что вопреки существующей в электродинамике концепции эфира для электромагнитных явлений не было выделенной системы координат. Классический принцип относительности Галилея должен был выполняться и для них.

Ряд ученых попытались найти иное объяснение поставленному опыту. Среди них был нидерландский физик Лоренц, предложивший гипотезу о сокращении всех тел в направлении движения. Он вывел математические уравнения, называемые сегодня преобразованиями Лоренца. А в 1905 г. в журнале "Анналы физики" появилась статья неизвестного тогда еще А. Эйнштейна "К электродинамике движущихся тел". В ней и были сформулированы основы специальной теории относительности, в которой он сумел по-новому интерпретировать преобразования Лоренца, придать им иной физический смысл.






Вопросы для самопроверки:

  1. Что такое относительность?\

  2. Расскажите о принципе относительности?

Лекция 10. Принципы симметрии, законы сохранения

Вопросы для рассмотрения: Понятие симметрии. Пространственно-временные принципы симметрии. Внутренние принципы симметрии. Законы сохранения. Определения ученых понятия симметрии. Связь симметрии с законами сохранения. Понятие энергии. Принципы запрета. Основные законы симметрии.

Симметрия (от греч. symmetria – соразмерность) – однородность, пропорциональность, гармония, инвариантность структуры материального объекта относительно его преобразований. Это признак полноты и совершенства. Лишившись элементов симметрии, предмет утрачивает свое совершенство и красоту, т.е. эстетическое содержание.

Эстетическая окрашенность симметрии в наиболее общем понимании – это согласованность или уравновешенность отдельных частей объекта, объединенных в единое целое, гармония пропорций. Многие народы с древнейших времен владели представлениями о симметрии в широком смысле как эквивалентности уравновешенности и гармонии. В геометрических орнаментах всех веков запечатлены неиссякаемая фантазия и изобретательность художников и мастеров. Их творчество было ограничено жесткими рамками, требованиями неукоснительно следовать принципам симметрии. Трактуемые несравненно шире, идеи симметрии имеют свою историю, их нередко можно обнаружить в живописи, скульптуре, музыке, поэзии. Операции симметрии часто служат канонами, которым подчиняются балетные па: именно симметричные движения составляют основу танца. Во многих случаях именно язык симметрии оказывается наиболее пригодным для обсуждения произведений изобразительного искусства, даже если они отличаются отклонениями от симметрии или их создатели стремятся умышленно ее избежать.

Принципы симметрии делятся на пространственно-временные (геометрические или внешние) и внутренние, описывающие свойства элементарных частиц. Среди пространственно-временных принципов симметрии можно выделить следующие:

· Сдвиг системы отсчета не меняет физических законов, т.е. все точки пространства равноправны. Это означает однородность пространства.

· Поворот системы отсчета пространственных координат оставляет физические законы неизменными, т.е. все свойства пространства одинаковы по всем направлениям, иными словами пространство изотропно. Например, свойства палки не меняются, если ее переворачивать в воздухе. А вот свойства корабля значительно изменятся, если он перевернется в воде, так как на границе раздела воды и воздуха свойства пространства разные. Таким образом, симметрия пространства означает, что в пространстве действия физических законов нет выделенных точек и направлений, оно однородно.

· Сдвиг во времени не меняет физических законов, т.е. все моменты времени объективно равноправны. Время однородно. Это означает, что можно любой момент времени взять за начало отсчета. Этот принцип означает закон сохранения энергии, который основан на симметрии относительно сдвигов во времени. Период колебаний маятника "ходиков" не изменится, если отсчитать его в полдень или в полночь, т.е. законы физики не зависят от выбора начала отсчета времени.

· Законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. Этот принцип относительности является основным постулатом специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна. В соответствии с принципом симметрии можно произвести переход в другую систему отсчета, движущуюся относительно данной системы с постоянной по величине и направлению скорости. Например, можно перейти из вагона поезда в машину, если уравнять их скорости.

· Зеркальная симметрия природы – отражение пространства в зеркале – не меняет физических законов.

· Фундаментальные физические законы не меняются при обращении знака времени. Необратимость, существующая в макромире, имеет статистическое происхождение и связана с неравновесным состоянием Вселенной.

· Замена всех частиц на античастицы не влияет на физические законы, не меняет характера процессов природы.

В современной физике обнаружена определенная иерархия законов симметрии: одни выполняются при любых взаимодействиях, другие же – только при сильных и электромагнитных. Эта иерархия отчетливо проявляется во внутренних симметриях. Внутренние симметрии действуют в микромире. В релятивистской квантовой теории предполагается взаимное превращение элементарных частиц:

· при всех превращениях элементарных частиц сумма электрических зарядов частиц остается неизменной, т.е. до и после превращения сумма зарядов частиц должна остаться неизменной;

· барионный или ядерный заряд остается постоянным;

· лептонный заряд сохраняется.

Теория взаимодействия элементарных частиц развивается успешно. Начало этому было положено установлением принципов симметрии. Как установлено экспериментально, в природе оказываются возможными не любые процессы и движения, а только те из них, которые не нарушают так называемых законов сохранения, выполняющих функцию правил отбора или правил запрета. Законы сохранения – это физические законы, согласно которым численные значения некоторых физических величин, характеризующих состояние системы, не изменяются в определенных процессах. Формулировка любого закона сохранения включает две основные части. В одной утверждается, что рассматриваемая величина сохраняется, а в другой указываются условия, при которых сохранение данной величины имеет место.

Наиболее наглядно действие законов сохранения проявляется в рамках корпускулярного описания природных процессов. В качестве примера приведем закон сохранения электрического заряда. "Алгебраическая сумма электрических зарядов сохраняется, если рассматриваемая система зарядов замкнута (то есть электрически изолирована)". Опыт показывает, что при взаимопревращениях элементарных частиц могут возникать и исчезать заряженные частицы в неограниченных количествах. Но закон сохранения заряда "разрешает" лишь парные рождения частиц с одинаковыми по величине и противоположными по знаку зарядами. Таким образом, законы сохранения тесно связаны с фундаментальными свойствами симметрии.

Слово "симметрия" выражает "соразмерность" и первоначально относилось только к особым свойствам предметов и тел. Немецкий математик Г. Вейль вероятно первым дал строгое определение понятию симметрии. "Объект является симметричным, если после определенной операции над ним (например, поворота, сдвига, зеркального отражения), он будет выглядеть точно таким же, как и до операции". С развитием физики понятие симметрии было расширено и перенесено на физические законы. В основу понятия симметрии был положен вопрос "Что можно сделать с физическим явлением или ситуацией, возникшей в эксперименте, чтобы получился тот же результат?".

Мы постоянно встречаемся с симметричными объектами. Сюда относится многое от рисунка на обоях до произведений архитектуры, от ювелирных изделий до технических сооружений, от окраски насекомых до кристаллов. С симметрией и разнообразными отступлениями от нее связаны представления о красоте. Поэтому симметрия играет важнейшую роль в искусстве. Не меньшую роль симметрия и эффекты, связанные с ее нарушением, играют в науке. Фундаментальное значение принципа симметрии в науке ярко выражено Марией Кюри – выдающимся французским физиком: "Принцип симметрии является одним из немногих великих принципов, которые господствуют в физике". Роль симметрии усиливается при переходе к изучению все более тонких и глубоких явлений природы, все более ранних этапов эволюции Вселенной. В этих областях принцип симметрии зачастую остается почти единственным безупречным инструментом продвижения науки вперед.

Симметрии в природе, выражаясь через чисто математические преобразования, всегда связаны с законами природы. Соответствующие догадки высказывали уже античные мыслители. Однако только в 1918 г. связь между симметриями и законами природы была выражена в строгой научной форме немецким математиком А. Э. Нетер. Она сформулировала теорему, сущность которой заключается в утверждении, что каждому виду симметрии должен соответствовать определенный закон сохранения. Так, установлено, что с однородностью времени связан закон сохранения энергии. С однородностью пространства – закон сохранения импульса. С изотропностью пространства – закон сохранения момента импульса. Симметрия и законы сохранения – не следствие одно из другого, а равноправные и взаимосвязанные проявления фундаментальных свойств материи. Симметрия обладает признаком всеобщности, она пронизывает все сущее, поэтому и связанные с ней законы сохранения фундаментальны. В физике к настоящему времени установлены связи множества законов сохранения с соответствующими симметриями.

Особую значимость для познания природы приобрел закон сохранения энергии как отражение симметрии времени – его однородности. Поэтому подробнее остановимся на понятии энергии и роли закона сохранения энергии в естествознании. В основе всех явлений природы лежит движение материи и взаимодействие материальных объектов. Существуют различные формы движения материи, и различные типы взаимодействий. Для описания каждого из них в науке вводятся специфические физические величины. Например, механическое движение характеризуется скоростью, импульсом, моментом импульса. Для описания тепловых процессов используются температура, теплота и т.д. Взаимодействие различных типов отображается различными силами. Все такие величины отражают качественные особенности различных форм движения материи и взаимодействия. Опыт обнаруживает, что различные формы движения и взаимодействия могут, кроме специфических величин, характеризоваться также величиной, которая с равным правом относится к ним ко всем. Такой физической величиной является энергия. Энергия есть общая мера различных форм движения и взаимодействия всех видов материи. Установленный экспериментально закон сохранения и превращения энергии утверждает, что суммарная энергия изолированной системы не изменяется. При эволюции системы могут изменяться доли энергий различного вида, что объясняется переходом энергии из одного вида в другой.

Как известно, с понятием энергии тесно связаны понятия работы, мощности, коэффициента полезного действия. Все они являются вспомогательными. Понятие работы служит для описания перехода энергии из одной формы в другую. В термодинамике таким же вспомогательным понятием является "количество теплоты". Понятие мощности служит для характеристики скорости энергообмена. Мощность есть скорость преобразования энергии из одного вида в другой вид. Это понятие широко используется в технике. Оно характеризует способность технического устройства преобразовывать один вид энергии в другие ее виды. Эффективность такого преобразования энергии характеризует величина, известная как коэффициент полезного действия (к.п.д.). Обмен энергией между множеством природных систем обусловливает объединяющую роль энергии в природе и в естествознании. Преобразование энергии происходит в любых природных процессах, и выполняющийся при этих преобразованиях закон сохранения и превращения энергии связывает все явления природы воедино. Он выполняется, естественно, и при протекании сложных, комплексных природных явлений, например, энергообмена в живых организмах, климатических процессов, химического превращения веществ, а, следовательно, может быть положен в основу количественных расчетов всех этих процессов.

Как уже отмечалось, законы сохранения работают как принципы запрета. Например, законы сохранения энергии, импульса и момента импульса. Эти законы не дают прямых указаний, как должен идти тот или иной процесс. Они лишь говорят о том, какие процессы запрещены и потому в природе не происходят. Любой процесс, при котором нарушился бы хоть один из законов сохранения, запрещен. И наоборот – всякий процесс, при котором законы сохранения не нарушаются, в принципе может иметь место, если при этом не нарушаются другие фундаментальные законы природы.

В качестве принципов запрета законы сохранения играют важную методологическую роль в естествознании. Законы сохранения являются мощным инструментом теоретического исследования всевозможных процессов, происходящих в природе, – от микромира до космических явлений. Это можно пояснить известными из курса физики средней школы простейшими примерами применения законов сохранения механической энергии и импульса для расчета процессов упругого или неупругого ударов шаров. Здесь уместно отметить широкое использование метода аналогий в естествознании. Так, с помощью понятия удара и его механической модели описываются по аналогии и немеханические явления. В частности, понятие удара и его описание на основе законов сохранения позволяет производить расчеты кратковременных взаимодействий частиц в молекулярной физике и в физике элементарных частиц.

Дальнейшее развитие физики в XX веке продемонстрировало всеобщность принципа симметрии, заставило значительно глубже взглянуть на симметрию, расширив это понятие за рамки наглядных геометрических представлений. Симметрия ограничивает число возможных вариантов структур или вариантов поведения систем. Это оказывается исключительно важно с методологической точки зрения, так как дает возможность для многих исследовательских проблем находить решение как результат выявления единственно возможного варианта, без выяснения подробностей (так называемое решение из соображений симметрии). В физике элементарных частиц стало обычной практикой при обнаружении нового закона сохранения, проявляющегося в микромире, искать соответствующую симметрию и наоборот.

Таким образом, симметрию определяют в связи с такими понятиями, как сохранение и изменение, равновесие, упорядоченность, тождество и различие, что связано с охватом всех аспектов. Сущностью симметрии, строго говоря, является тождество противоположностей. Симметрия – это группа преобразований. Всякое построение симметрии связано с введением того или иного равенства. Равенство относительно, и может существовать множество равенств и соответственно множество симметрий.

По-видимому, наиболее общая характеристика причинно-следственных связей симметрии принадлежит выдающемуся французскому физику П. Кюри, сформулировавшему в 1890 г. основные законы симметрии:

1. Когда какие-либо причины порождают некоторые эффекты, элементы симметрии причин должны обнаруживаться в этих эффектах. (Симметрия причин предполагает неизбежное возникновение симметрии следствий).

2. Когда какие-либо эффекты проявляют некоторую дисимметрию (несимметричность), то эта дисимметрия должна обнаруживаться и в причинах, их породивших. (Дисимметрия следствий имеет в своей основе дисимметрию причин).

3. Положения, обратные этим двум, как правило, несправедливы.



Каталог: bbcswebdav -> orgs -> FUFILIAL
FUFILIAL -> Учебно-методический комплекс дисциплины основы медицинских знаний и здорового образа жизни
FUFILIAL -> Филиал двфу в г. Уссурийске
FUFILIAL -> Учебной дисциплины по специальности 080801. 65 – прикладная информатика
orgs -> Школа биомедицины
FUFILIAL -> Филиал фгаоу впо двфу в г. Уссурийске
FUFILIAL -> Учебно-методический комплекс дисциплины «Восточные оздоровительные системы»
FUFILIAL -> Учебно-методический комплекс дисциплины «Физиология человека»
FUFILIAL -> Рабочая программа учебной дисциплины Конспект лекций


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15


База данных защищена авторским правом ©zodorov.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница